Η τεχνητή νοημοσύνη και η ρομποτική μεταμορφώνουν την ακρίβεια στις ιατρικές διαδικασίες βελόνας

Η τεχνητή νοημοσύνη και η ρομποτική μεταμορφώνουν την ακρίβεια στις ιατρικές διαδικασίες βελόνας

Φανταστείτε έναν γιατρό που προσπαθεί να φτάσει σε έναν καρκινικό όζο βαθιά στον πνεύμονα ενός ασθενούς - έναν στόχο στο μέγεθος ενός μπιζελιού που κρύβεται πίσω από έναν λαβύρινθο κρίσιμων αιμοφόρων αγγείων και αεραγωγών που μετατοπίζονται με κάθε αναπνοή. Ένα χιλιοστό ενός τεντώματος μπορεί να διαπεράσει μια μεγάλη αρτηρία και η πτώση μπορεί να σημαίνει ότι ο καρκίνος λείπει εντελώς και αφήνεται να εξαπλωθεί εάν αφεθεί χωρίς θεραπεία.

Αυτό συμβαίνει σε χιλιάδες διαδικασίες κάθε μέρα στις οποίες η ακρίβεια είναι κρίσιμη και η εργασία εκτίθεται σε ανατομικά εμπόδια που δεν είναι διαπεραστικά ή ευαίσθητα. Μπορούν η τεχνητή νοημοσύνη (AI) και τα ρομπότ να βοηθήσουν στην υπέρβαση αυτών των προκλήσεων και στη βελτίωση των αποτελεσμάτων των ασθενών;

Μια νέα εποχή «ηγεσίας AI» είναι στην ιατρική. Τα ρομπότ με προηγμένη τεχνητή νοημοσύνη μπορούν να βοηθήσουν τους γιατρούς και να αυτοματοποιήσουν ορισμένες εργασίες, καθιστώντας την πρωτοφανή ακρίβεια και πολύπλοκες διαδικασίες ασφαλέστερες και αποτελεσματικότερες. "

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, ο οποίος είναι καθηγητής στο Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

Ένα νέο άρθρο στοΕπιστήμη Ρομποτικής Επισημοποιεί την έννοια της καθοδήγησης τεχνητής νοημοσύνης για τις ιατρικές διαδικασίες βελόνας και περιγράφει τα επίπεδα καθοδήγησης τεχνητής νοημοσύνης για κάθε εξάρτημα. Οι συγγραφείς ορίζουν τέσσερα στοιχεία της καθοδήγησης της τεχνητής νοημοσύνης: αντίληψη της ανατομίας, σχεδιασμός των κινήσεων του οργάνου, αντίληψη της κατάστασης του οργάνου και εκτέλεση των κινήσεων του οργάνου κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας. Τα ρομπότ που καθοδηγούνται με τεχνητή νοημοσύνη μπορούν να επιτύχουν μεγαλύτερη ακρίβεια και ακρίβεια στην καθοδήγηση με βελόνα από τους ανθρώπους γιατρούς, ενώ επιτρέπουν τη χρήση σχεδίων βελόνας αιχμής που μπορούν να καμπυλωθούν στο σώμα.

Η εργασία με τίτλο «Medical Needles in the Hands of AI: Toward Autonomous Robot Navigation», γράφτηκε από τον Alterovitz, καθώς και από την Janine Hoelscher του Πανεπιστημίου Clemson και τον Alan Kuntz του Πανεπιστημίου της Γιούτα. Οι Hoelscher και Kuntz ολοκλήρωσαν προηγουμένως διδακτορική εργασία στην επιστήμη των υπολογιστών στο UNC με τον Alterovitz ως σύμβουλο.

Η εποχή της ηγεσίας της AI

Για δεκαετίες, οι γιατροί βασίζονται στην καθοδήγηση εικόνας και στη χρήση ακτίνων Χ, αξονικής τομογραφίας (CT) και μαγνητικού συντονισμού (MR) για να απεικονίσουν την ανατομία του ασθενούς και το σχέδιο διαδρομής της βελόνας πριν από μια διαδικασία. Αυτή η πρόοδος, που προήλθε από την ανακάλυψη των ακτίνων Χ στα τέλη του 19ου αιώνα, επέτρεψε ασφαλέστερη πρόσβαση σε σημεία μέσα στο σώμα.

Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνητή νοημοσύνη επιτρέπουν πλέον ένα άλμα προς τα εμπρός. Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να αναλύσει αυτόματα εικόνες, να εντοπίσει στόχους και εμπόδια, να υπολογίσει ασφαλείς τροχιές και ακόμη και να καθοδηγήσει αυτόνομα ρομποτικές βελόνες γύρω από ευαίσθητους ιστούς σε θέσεις βαθιά μέσα στο σώμα. Ένα τέτοιο παράδειγμα, που επιδείχθηκε από μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill, στο Πανεπιστήμιο Vanderbilt και στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα, έδειξε ένα ιατρικό ρομπότ που μπορεί αυτόνομα να κατευθύνει μια βελόνα σε κλινικά σημαντικούς στόχους σε έναν πνεύμονα με υψηλή ακρίβεια σε ζωντανό ιστό, επιδεικνύοντας καλύτερη απόδοση από τα παραδοσιακά εργαλεία και μόνο. Οι συγγραφείς περιγράφουν αυτή τη μετασχηματιστική αλλαγή από την καθοδήγηση εικόνας στην καθοδήγηση AI, όπου η τεχνητή νοημοσύνη βοηθά στην αντίληψη της ανατομίας του ασθενούς, στην παρακολούθηση της προόδου μέσω της διαδικασίας, στον προγραμματισμό των κινήσεων του οργάνου, ακόμη και στην εκτέλεση αυτών των αιτημάτων.

«Για δεκαετίες, η οπτική καθοδήγηση έχει βοηθήσει τους γιατρούς να σχεδιάζουν και να εκτελούν καλύτερα ιατρικές διαδικασίες», είπε ο Alterovitz. «Η καθοδήγηση της τεχνητής νοημοσύνης προχωρά ακόμη περισσότερο για να κάνει τις διαδικασίες ασφαλέστερες και λιγότερο επεμβατικές».

Το άρθρο επισημοποιεί την έννοια της καθοδήγησης AI, η οποία αξιοποιεί την τεχνητή νοημοσύνη για τη βελτίωση της απόδοσης των ιατρών και τη δημιουργία δομικών στοιχείων για μεγαλύτερα επίπεδα ρομποτικής αυτονομίας. Το άρθρο ορίζει τα τέσσερα στοιχεία της καθοδήγησης AI ως εξής:

1. Αντίληψη της ανατομίας

2. Σχεδιασμός κινήσεων οργάνων

3. Αντίληψη της κατάστασης του οργάνου

4. Εκτελέστε κινήσεις του οργάνου κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας

Κάθε ένα από αυτά τα τέσσερα στοιχεία μπορεί να παρέχει το δικό του επίπεδο καθοδήγησης AI:

• Eye-On/Practice-On-όπου ο γιατρός εκτελεί την εργασία με AI παρέχοντας βοήθεια

• Προσωπικά/Από τα χέρια-όπου το AI εκτελεί την εργασία ενώ ο γιατρός παρακολουθεί το AI και είναι έτοιμος να παρέμβει σε ασυνήθιστες καταστάσεις

• Shutdown/Hands-Off-όπου το AI εκτελεί την εργασία και ο γιατρός εισέρχεται μόνο όταν ζητηθεί από το AI

• Πλήρης οδηγός AI – όπου το AI ολοκληρώνει την εργασία

Τέλος, το άρθρο ταξινομεί τα τρέχοντα συστήματα σε αυτές τις κατηγορίες και εξετάζει τις ερευνητικές προκλήσεις για να επιτρέψει υψηλότερα επίπεδα καθοδήγησης τεχνητής νοημοσύνης. Ειδικότερα, οι ερευνητές επισημαίνουν κρίσιμα εμπόδια στην ευρεία κλινική υιοθέτηση, όπως η ανάγκη εγγύησης της ασφάλειας, η λειτουργία εντός του ρυθμιστικού περιβάλλοντος, η ανάπτυξη διεπαφών ιατρού-AI που είναι διαισθητικές σε οποιοδήποτε επίπεδο καθοδήγησης AI και η ικανότητα ενσωμάτωσης της απαιτούμενης τεχνολογίας σε όλες τις πτυχές μιας κλινικής ροής εργασιών.

Αν και ο Alterovitz αναγνώρισε τις πολλές προκλήσεις που απομένουν να ξεπεραστούν, εξέφρασε τις σκέψεις του για το μέλλον της καθοδήγησης της τεχνητής νοημοσύνης στις ιατρικές διαδικασίες.

«Οι καινοτομίες στην τεχνητή νοημοσύνη και τη ρομποτική θα συνεχίσουν να επιτρέπουν αυξανόμενα επίπεδα καθοδήγησης τεχνητής νοημοσύνης και ρομποτικής αυτοματοποίησης για ιατρικές διαδικασίες», δήλωσε ο Alterovitz. «Η τεχνητή νοημοσύνη και η ρομποτική μπορούν να προσφέρουν στους γιατρούς νέα εργαλεία για να κάνουν τις δύσκολες διαδικασίες ασφαλέστερες και πιο αποτελεσματικές».

Πηγές: